电网电流保护
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正向故障时：
P UI cos 0 900 arg U 900
I 传统的方向元件也称为功率方向继电器 传统功率方向继电器有感应型的GG-11、整流型的LG-11等。
10 第2章 电网的电流保护
（1）LG-11动作条件：
电压变换器变换系数
加入继电器的电压
90 arg KUUK 90
KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK
KIIK
K UU K
arg KUUK 90 KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK
KIIK
12
第2章 电网的电流保护
R1
U1
UR
W2 KI I K
5
IK
6 W1
R2
W3
KI IK
U2
W4 R1
R2
30O 45O
LG-11电路原理图
第2章 电网的电流保护
方向元件 KW &
电流元件 KA
7 第2章 电网的电流保护
设置了方向元件，双电源线路电流保护实际分成了 两组方向不同的单电源线路电流保护。
A
P1
1QF
M
P2 P3
2QF 3QF
N
P4 P5
4QF 5QF
P
P6
B
6QF
Q
两组保护各自的整定方法与单电源线路电流保护一致。
8 第2章 电网的电流保护
2.2.2 功率方向元件
加入继电器的电流
电抗变压器变换系数
实现时转为比幅动作方程：
KUUK KIIK KUUK KIIK
11 第2章 电网的电流保护
比相条件与比幅条件的等效关系
K UU K
KIIK
K UU K
90 arg KUUK 90 KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK arg KUUK 90 KIIK
16 第2章 电网的电流保护
2.微机保护方向元件 （1）传统判据以微机保护算法实现 90 arg G 90 G cosG H cosH G sin G H sin H 0
H
（2）新原理方向元件 以电流、电压的工频变化量构成比相判据 主要用于220kV纵联保护中，将在第7章详细讨论。
17 第2章 电网的电流保护
（1）Ⅰ、Ⅱ段灵敏度可能下降
Ⅰ段:
Ik
A
P3
1QF
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
M
k2 N
k1 P
Q
Ik
a.Ⅰ段躲过k1时的短路电流 b.Ⅰ段还必须躲过k2时的短路电流 c.Ⅰ段整定值取a、b计算结果较大值
第2章 电网的电流保护
B
3
Ⅱ段:
A
P2
1QF
Ik
P3
P5
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
UK UAB
反向故障
EA ,UA
IK
EC
动作区 EBC
k
K
UC UB
EB
IK IB
UK UCA
KWB KB (90 k )
正向BC相短路
第2章 电网的电流保护
IK IC
EA ,UA
K 动作区
ECA
k
EC
UC UB I K EB
反向故障
KWC KC (90 k )
正向BC相短路
20
（2）远处两相短路
14 第2章 电网的电流保护
（2）LG-11动作特性 LG-11动作条件可以改写为
90 arg UK 90
IK
继电器 内角
KU KI
LG-11内角有300、450源自文库档可选
15 第2章 电网的电流保护
以电压为参考相量
动作区
最灵敏线 IK
90 ＋
UK
90
动作特性 （动作边界）
当电流落在阴影区域时， 继电器动作。
18
1.三相短路 以KWA为例 动作区以电压为参考相量画出
正向短路
反向短路
UA IK IA
UA
动作区
动作区
k K
UC
UB
K (90 k）
UK UBC
UC
k K
UK UBC
IK IA
UB
K 900 k
电流落在动作区内，动作 电流不在动作区内，不动作
19 第2章 电网的电流保护
1.两相短路 以BC相短路为例分析KWB、KWC行为 （1）近处两相短路
2.2.3 方向电流保护接线方式
方向元件采用900接线方式 方向元件与电流元件之间采用“按相起动”接线
1.方向元件的900接线方式
功率方向 电 电 继电器 流 压
KWA
I A U BC
KWB
I B U CA
KWC
I C U AB
UC
第2章 电网的电流保护
UA IK IA
900
UK UBC
UB 假设功率因素为1
EA ,UA
UK UAB IK IC EA ,UA
EC ,UC
k K
动作区 EB ,UB
K
EBC
动作区
k2M
N
k1 P
Q
Ik
a.Ⅱ段应与P5Ⅰ段配合 b.Ⅱ段还应与P2Ⅰ段配合 c.Ⅱ段整定值取a、b计算结果较大值
4 第2章 电网的电流保护
（2）Ⅲ段无法保证动作选择性
A
1QF
P2 P3 2QF 3QF
4QF 5QF
M
k2
N k1
P
Ik
a.k1故障时希望P3跳闸，t2>t3
Ik
B
6QF
Q
b.k2故障时希望P2跳闸，t3>t2
1.工作原理 方向元件如何判断故障“方向”？ 分析一下两种故障情况母线电压与线路电流的相位关系
M
P
N
→
←
U NI k
正向故障
U
UI cos 0
I arg U 90 I
第2章 电网的电流保护
M
P
N
→
←
k
I
U
反向故障
U
UI cos 0
arg U 90 I
I
9
结论： 根据母线电压与线路电流的相位关系可以判断故障“方向” 1.传统功率方向继电器
无法同时保证以上两种情况保护动作具有选择性
5 第2章 电网的电流保护
2 方向性保护的概念
A
1QF
P3 2QF 3QF
4QF 5QF
M
k2
N
P
Ik
6QF Q
反向故障 正向故障：母线指向线路
问题在于“反向故障”区域故障时， 电源B提供的短路电流对保护P3的影响。
第2章 电网的电流保护
B
6
解决方法：设置“方向元件”判别故障方向 当故障为“正向故障”时，开放电流保护 当故障为“反向故障”时，闭锁电流保护
2.2 电网相间短路的方向电流保护
要求: 掌握双侧电源线路上方向电流保护工作原理 知识点: 掌握双侧电源线路保护特点 掌握方向电流保护构成 理解方向元件判据 了解方向元件接线方式
1 第2章 电网的电流保护
2.2.1 方向电流保护的工作原理
1 电流保护用于双电源线路时的问题
2 第2章 电网的电流保护
UV
C1
KU UK
W2
W1
KU UK
W3
极化记忆
7
UK
8
II R3
R4
C2
KP
C3 C4
U1
U2
III I I I II I0
13
“死区”问题：
保护出口短路时，U K 0 导致功率方向继电器拒动
A
P
QF
k
解决“死区”方法：引入“极化记忆回路”
保护出口短路时,KUU K不会立即变为零， 仍“记忆”约70ms
P UI cos 0 900 arg U 900
I 传统的方向元件也称为功率方向继电器 传统功率方向继电器有感应型的GG-11、整流型的LG-11等。
10 第2章 电网的电流保护
（1）LG-11动作条件：
电压变换器变换系数
加入继电器的电压
90 arg KUUK 90
KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK
KIIK
K UU K
arg KUUK 90 KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK
KIIK
12
第2章 电网的电流保护
R1
U1
UR
W2 KI I K
5
IK
6 W1
R2
W3
KI IK
U2
W4 R1
R2
30O 45O
LG-11电路原理图
第2章 电网的电流保护
方向元件 KW &
电流元件 KA
7 第2章 电网的电流保护
设置了方向元件，双电源线路电流保护实际分成了 两组方向不同的单电源线路电流保护。
A
P1
1QF
M
P2 P3
2QF 3QF
N
P4 P5
4QF 5QF
P
P6
B
6QF
Q
两组保护各自的整定方法与单电源线路电流保护一致。
8 第2章 电网的电流保护
2.2.2 功率方向元件
加入继电器的电流
电抗变压器变换系数
实现时转为比幅动作方程：
KUUK KIIK KUUK KIIK
11 第2章 电网的电流保护
比相条件与比幅条件的等效关系
K UU K
KIIK
K UU K
90 arg KUUK 90 KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK arg KUUK 90 KIIK
16 第2章 电网的电流保护
2.微机保护方向元件 （1）传统判据以微机保护算法实现 90 arg G 90 G cosG H cosH G sin G H sin H 0
H
（2）新原理方向元件 以电流、电压的工频变化量构成比相判据 主要用于220kV纵联保护中，将在第7章详细讨论。
17 第2章 电网的电流保护
（1）Ⅰ、Ⅱ段灵敏度可能下降
Ⅰ段:
Ik
A
P3
1QF
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
M
k2 N
k1 P
Q
Ik
a.Ⅰ段躲过k1时的短路电流 b.Ⅰ段还必须躲过k2时的短路电流 c.Ⅰ段整定值取a、b计算结果较大值
第2章 电网的电流保护
B
3
Ⅱ段:
A
P2
1QF
Ik
P3
P5
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
UK UAB
反向故障
EA ,UA
IK
EC
动作区 EBC
k
K
UC UB
EB
IK IB
UK UCA
KWB KB (90 k )
正向BC相短路
第2章 电网的电流保护
IK IC
EA ,UA
K 动作区
ECA
k
EC
UC UB I K EB
反向故障
KWC KC (90 k )
正向BC相短路
20
（2）远处两相短路
14 第2章 电网的电流保护
（2）LG-11动作特性 LG-11动作条件可以改写为
90 arg UK 90
IK
继电器 内角
KU KI
LG-11内角有300、450源自文库档可选
15 第2章 电网的电流保护
以电压为参考相量
动作区
最灵敏线 IK
90 ＋
UK
90
动作特性 （动作边界）
当电流落在阴影区域时， 继电器动作。
18
1.三相短路 以KWA为例 动作区以电压为参考相量画出
正向短路
反向短路
UA IK IA
UA
动作区
动作区
k K
UC
UB
K (90 k）
UK UBC
UC
k K
UK UBC
IK IA
UB
K 900 k
电流落在动作区内，动作 电流不在动作区内，不动作
19 第2章 电网的电流保护
1.两相短路 以BC相短路为例分析KWB、KWC行为 （1）近处两相短路
2.2.3 方向电流保护接线方式
方向元件采用900接线方式 方向元件与电流元件之间采用“按相起动”接线
1.方向元件的900接线方式
功率方向 电 电 继电器 流 压
KWA
I A U BC
KWB
I B U CA
KWC
I C U AB
UC
第2章 电网的电流保护
UA IK IA
900
UK UBC
UB 假设功率因素为1
EA ,UA
UK UAB IK IC EA ,UA
EC ,UC
k K
动作区 EB ,UB
K
EBC
动作区
k2M
N
k1 P
Q
Ik
a.Ⅱ段应与P5Ⅰ段配合 b.Ⅱ段还应与P2Ⅰ段配合 c.Ⅱ段整定值取a、b计算结果较大值
4 第2章 电网的电流保护
（2）Ⅲ段无法保证动作选择性
A
1QF
P2 P3 2QF 3QF
4QF 5QF
M
k2
N k1
P
Ik
a.k1故障时希望P3跳闸，t2>t3
Ik
B
6QF
Q
b.k2故障时希望P2跳闸，t3>t2
1.工作原理 方向元件如何判断故障“方向”？ 分析一下两种故障情况母线电压与线路电流的相位关系
M
P
N
→
←
U NI k
正向故障
U
UI cos 0
I arg U 90 I
第2章 电网的电流保护
M
P
N
→
←
k
I
U
反向故障
U
UI cos 0
arg U 90 I
I
9
结论： 根据母线电压与线路电流的相位关系可以判断故障“方向” 1.传统功率方向继电器
无法同时保证以上两种情况保护动作具有选择性
5 第2章 电网的电流保护
2 方向性保护的概念
A
1QF
P3 2QF 3QF
4QF 5QF
M
k2
N
P
Ik
6QF Q
反向故障 正向故障：母线指向线路
问题在于“反向故障”区域故障时， 电源B提供的短路电流对保护P3的影响。
第2章 电网的电流保护
B
6
解决方法：设置“方向元件”判别故障方向 当故障为“正向故障”时，开放电流保护 当故障为“反向故障”时，闭锁电流保护
2.2 电网相间短路的方向电流保护
要求: 掌握双侧电源线路上方向电流保护工作原理 知识点: 掌握双侧电源线路保护特点 掌握方向电流保护构成 理解方向元件判据 了解方向元件接线方式
1 第2章 电网的电流保护
2.2.1 方向电流保护的工作原理
1 电流保护用于双电源线路时的问题
2 第2章 电网的电流保护
UV
C1
KU UK
W2
W1
KU UK
W3
极化记忆
7
UK
8
II R3
R4
C2
KP
C3 C4
U1
U2
III I I I II I0
13
“死区”问题：
保护出口短路时，U K 0 导致功率方向继电器拒动
A
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QF
k
解决“死区”方法：引入“极化记忆回路”
保护出口短路时,KUU K不会立即变为零， 仍“记忆”约70ms